CN110320282A - 可变角度超声波探头及管子环缝横向缺陷超声检测方法 - Google Patents

可变角度超声波探头及管子环缝横向缺陷超声检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可变角度超声波探头，包括楔块、直探头；所述楔块设有半球形的凹槽，一转向球的部分设于凹槽内，所述直探头与转向球联接；在楔块上联有球帽，球帽内设有球形环面，该球形环面与凹槽的半径与转向球的半径相匹配；在转向球与直探头之间及楔块与转向球之间均设有耦合剂；在球帽上通过螺纹设有定向螺钉，定向螺钉的头部穿过球帽与转向球接触；本发明还公开了一种使用该探头的管子环缝横向缺陷超声检测方法；本发明能够实现垂直面内的超声波声束入射角的连续可调和水平面内超声波声束偏转角的连续可调，对管状工件焊缝横向缺陷的斜平行扫查具有广泛的适用性，可提高检测效率。

Description

可变角度超声波探头及管子环缝横向缺陷超声检测方法
技术领域
本发明涉及一种可变角度超声波探头及使用该探头的管子环缝横向缺陷超声检测方法。
背景技术
超声波检测技术是无损检测技术的主要方法之一，主要用于母材和焊缝缺陷检测，探头是超声检测的关键部件，超声检测通过探头发射超声波进入工件和接收工件内部的超声回波信号来判断是否存在缺陷，探头入射角是超声波检测的重要参数，直接影响缺陷能否检出，对焊缝实施超声检测时为检出各向缺陷，需配置不同入射角的超声探头。为实现单一探头适用于各向缺陷的检测需要，需设计出可变角度超声波探头；现有的可变角度超声波探头是在探头楔块中采用圆柱面转动接触方式来实现探头在垂直面上的声束入射角度连续可调，仅具有一维可调功能；如在曲面工件焊缝检测或受限区域检测时，因探头楔块移动受限，无法实现水平面上超声波声束偏转可调，如在管子环焊缝横向缺陷检测中，现有可变角探头难以适应斜平行扫查，使用范围有限。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的上述不足，提供一种可变角度超声波探头及管子环缝横向缺陷超声检测方法，它能够实现垂直面内的超声波声束入射角的连续可调和水平面内超声波声束偏转角的连续可调，对管状工件焊缝横向缺陷的斜平行扫查具有广泛的适用性，可提高检测效率。
为了达到上述目的，本发明的可变角度超声波探头，包括楔块、直探头；其特征在于所述楔块设有半球形的凹槽，一转向球的部分设于凹槽内，所述直探头与转向球联接；在楔块上联有球帽，球帽内设有球形环面，该球形环面与凹槽的半径与转向球的半径相匹配；在转向球与直探头之间及楔块与转向球之间均设有耦合剂；在球帽上通过螺纹设有定向螺钉，定向螺钉的头部穿过球帽与转向球接触；
使用时，转向球与楔块及球帽通过球面配合，可实现直探头在二维方向上的转动，从而实现垂直面内的超声波声束入射角的连续可调和水平面内超声波声束偏转角的连续可调，定向螺钉可固定探头入射角度，受区域限制少，对管状工件焊缝横向缺陷的斜平行扫查具有广泛的适用性；
作为本发明的进一步改进，转向球固联有两个转动轴，两转动轴位于楔块与球帽相邻端面上的同一直径方向，在楔块与球帽相邻端面上均设有与转动轴对应的环槽；两个转动轴可对垂直面上的转动提供支撑；
作为本发明的进一步改进，所述转向球的一侧设有位于垂直面的角度刻尺，角度刻尺所在的垂直面与两转动轴所在的直径方向垂直，在球帽上设有位于水平面的旋转角度标尺；有助于精准定位转向球的旋转角度，便于更换直探头后的重新定位；
作为本发明的进一步改进，直探头与转向球通过螺纹联接；球帽通过两紧固螺钉联于楔块上；便于装拆；
本发明使用上述可变角度超声波探头的管子环缝横向缺陷超声检测方法，其特征在于包括以下步骤：A) 探头准备：将楔块底面设为圆柱面，与管子外径相匹配；将楔块前沿设为足够长，保证结构回波延后于横向缺陷回波，避免缺陷信号的判别受到干扰；B）检测校验：在带有根部人工横向缺陷和外壁人工横向缺陷的模拟试块上校准，要求模拟试块规格、焊接成形、焊接方法与被检工件相同，两横向人工缺陷为与管轴呈一定角度的线切割槽，内外横向人工缺陷分别位于焊缝根部余高上和外壁余高上；校准时，将探头紧贴模拟试块的焊缝边缘，先在水平面上旋转转向球选择一个声束偏转角，然后在垂直面上转动转向球调节声束入射角，并移动探头寻找缺陷最高回波，通过反复改变直至寻找到水平面上的最佳声束偏转角度和垂直面上的最佳声束入射角度，使内外壁横向缺陷回波明显，易于识别，重复性好，再锁紧定向螺钉，记录此时内、外壁最高回波位置和幅度，并以此制作DAC曲线；C）工件准备：在工件焊缝两侧分别在足够宽度区域清除异物，其表面凹凸不平及粗糙度应满足预设要求；D）斜平行扫查：在焊缝两侧的工件涂上耦合剂，将探头紧贴焊缝边缘，沿管子环向正反两个方向对焊缝进行斜平行扫查；当出现超过预设值的信号回波，再进行重复扫查或正反扫查或超声纵向辅助扫查，如仍出现超过预设值的信号回波，则鉴别为横向缺陷，否则鉴别为结构回波；
该管子环缝横向缺陷超声检测方法，在检测校验及斜平行扫查时无需移动楔块，即可实现不同声束入射角度的调整，对管状工件焊缝横向缺陷的斜平行扫查具有广泛的适用性，可提高检测效率；
作为本发明的进一步改进，在步骤B中，制作DAC曲线同时记录旋球帽上的旋转角度标尺和转向球的角度刻尺指示的角度值；便于更换直探头后的重新定位；
作为本发明的进一步改进，步骤D中的预设值对应DAC曲线的50%；可符合横向缺陷提高6dB判定标准；
综上所述，本发明能够实现垂直面内的超声波声束入射角的连续可调和水平面内超声波声束偏转角的连续可调，对管状工件焊缝横向缺陷的斜平行扫查具有广泛的适用性，可提高检测效率。
附图说明
图1为本发明实施例的立体图。
图2为图1的分解图。
图3为图2中转向球的主视图
图4为本发明实施例的主视图。
图5为图4的俯视图。
图6为本发明在检测时的主视图。
图7为图6的仰视图。
图8为图6中可变角度超声波探头的主视图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
如图1至图5所示，该实施例的可变角度超声波探头，包括楔块1、直探头2；所述楔块1设有半球形的凹槽3，一转向球4的部分设于凹槽3内，所述直探头2与转向球4通过螺纹联接；在楔块1上通过两紧固螺钉6联有球帽7，球帽7内设有球形环面，该球形环面与凹槽3的半径与转向球4的半径相匹配；在转向球4与直探头2之间及楔块1与转向球4之间均设有耦合剂；在球帽7上通过螺纹设有定向螺钉5，定向螺钉5的头部穿过球帽7与转向球4接触；转向球4固联有两个转动轴8，两转动轴8位于楔块1与球帽7相邻端面上的同一直径方向，在楔块1与球帽7相邻端面上均设有与转动轴8对应的环槽；转向球4的一侧设有位于垂直面的角度刻尺9，角度刻尺9所在的垂直面与两转动轴8所在的直径方向垂直，在球帽7上设有位于水平面的旋转角度标尺10；
楔块1和转向球2材质为有机玻璃或聚苯乙烯等优良透声性材料；使用时，转向球4与楔块1及球帽7通过球面配合，可实现直探头2在二维方向上的转动，从而实现垂直面内的超声波声束入射角的连续可调和水平面内超声波声束偏转角的连续可调，定向螺钉5可固定探头入射角度，受区域限制少，对管状工件焊缝横向缺陷的斜平行扫查具有广泛的适用性；两个转动轴8可对垂直面上的转动提供支撑；角度刻尺9和旋转角度标尺10有助于精准定位转向球4的旋转角度，便于更换直探头2后的重新定位；
使用上述可变角度超声波探头的管子环缝横向缺陷超声检测方法，包括以下步骤：A)探头准备：如图7所示，将楔块1底面设为圆柱面，与管子外径相匹配，以使稳定放置和良好耦合；将楔块前沿设为足够长，保证结构回波延后于横向缺陷回波，避免缺陷信号的判别受到干扰；B）检测校验：如图6至图8所示，在带有根部人工横向缺陷12和外壁人工横向缺陷13的模拟试块11上校准，要求模拟试块11规格、焊接成形、焊接方法与被检工件相同，两横向人工缺陷12、13为与管轴呈一定角度的线切割槽，内外横向人工缺陷12、13分别位于焊缝根部余高上和外壁余高上；校准时，将探头的楔块1紧贴模拟试块11的焊缝14边缘，先在水平面上旋转转向球4选择一个声束偏转角，然后在垂直面上转动转向球4调节声束入射角，并移动探头寻找缺陷最高回波，通过反复改变直至寻找到水平面上的最佳声束偏转角度和垂直面上的最佳声束入射角度，使内外壁横向缺陷12、13的回波明显，易于识别，重复性好，再锁紧定向螺钉5，记录此时内、外壁最高回波位置和幅度，并以此制作DAC曲线，同时记录旋球帽7上的旋转角度标尺10和转向球4的角度刻尺9指示的角度值，便于更换直探头2后的重新定位；C）工件准备：在工件焊缝两侧分别在足够宽度区域清除异物，其表面凹凸不平应＜0.5mm，粗糙度应＜12.5μm；D）斜平行扫查：在焊缝两侧的工件涂上耦合剂，将探头的楔块紧贴焊缝边缘，沿管子环向正反两个方向对焊缝进行斜平行扫查；当出现超过预设值：50%DAC曲线的信号回波，再进行重复扫查或正反扫查或超声纵向辅助扫查，如仍出现超过50%DAC曲线的信号回波，则鉴别为横向缺陷，否则鉴别为结构回波；
该管子环缝横向缺陷超声检测方法，在检测校验及斜平行扫查时无需移动楔块1，即可实现不同声束入射角度的调整，对管状工件焊缝横向缺陷的斜平行扫查具有广泛的适用性，可提高检测效率。

Claims (7)

1.一种可变角度超声波探头，包括楔块、直探头；其特征在于所述楔块设有半球形的凹槽，一转向球的部分设于凹槽内，所述直探头与转向球联接；在楔块上联有球帽，球帽内设有球形环面，该球形环面与凹槽的半径与转向球的半径相匹配；在转向球与直探头之间及楔块与转向球之间均设有耦合剂；在球帽上通过螺纹设有定向螺钉，定向螺钉的头部穿过球帽与转向球接触。
2.如权利要求1所述的可变角度超声波探头，其特征在于：转向球固联有两个转动轴，两转动轴位于楔块与球帽相邻端面上的同一直径方向，在楔块与球帽相邻端面上均设有与转动轴对应的环槽。
3.如权利要求2所述的可变角度超声波探头，其特征在于：所述转向球的一侧设有位于垂直面的角度刻尺，角度刻尺所在的垂直面与两转动轴所在的直径方向垂直，在球帽上设有位于水平面的旋转角度标尺。
4.如权利要求3所述的可变角度超声波探头，其特征在于：直探头与转向球通过螺纹联接；球帽通过两紧固螺钉联于楔块上。
5.使用如权利要求1所述可变角度超声波探头的管子环缝横向缺陷超声检测方法，其特征在于包括以下步骤：A) 探头准备：将楔块底面设为圆柱面，与管子外径相匹配；将楔块前沿设为足够长，保证结构回波延后于横向缺陷回波；B）检测校验：在带有根部人工横向缺陷和外壁人工横向缺陷的模拟试块上校准，要求模拟试块规格、焊接成形、焊接方法与被检工件相同，两横向人工缺陷为与管轴呈一定角度的线切割槽，内外横向人工缺陷分别位于焊缝根部余高上和外壁余高上；校准时，将探头紧贴模拟试块的焊缝边缘，先在水平面上旋转转向球选择一个声束偏转角，然后在垂直面上转动转向球调节声束入射角，并移动探头寻找缺陷最高回波，通过反复改变直至寻找到水平面上的最佳声束偏转角度和垂直面上的最佳声束入射角度，使内外壁横向缺陷回波明显，易于识别，重复性好，再锁紧定向螺钉，记录此时内、外壁最高回波位置和幅度，并以此制作DAC曲线；C）工件准备：在工件焊缝两侧分别在足够宽度区域清除异物，其表面凹凸不平及粗糙度应满足预设要求；D）斜平行扫查：在焊缝两侧的工件涂上耦合剂，将探头紧贴焊缝边缘，沿管子环向正反两个方向对焊缝进行斜平行扫查；当出现超过预设值的信号回波，再进行重复扫查或正反扫查或超声纵向辅助扫查，如仍出现超过预设值的信号回波，则鉴别为横向缺陷，否则鉴别为结构回波。
6.如权利要求5所述的管子环缝横向缺陷超声检测方法，其特征在于：在步骤B中，制作DAC曲线同时记录旋球帽上的旋转角度标尺和转向球的角度刻尺指示的角度值。
7.如权利要求5或6所述的管子环缝横向缺陷超声检测方法，其特征在于：步骤D中的预设值对应DAC曲线的50%。
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